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1、第 31 卷 第 5 期 电 网 技 术 Vol.31 No.5 2007 年 3 月 Power System Technology Mar.2007 文章编号：1000-3763（2007）05-0064-08 中图分类号：TM711 学科代码：A 文献标识码：4704054 华北电网大容量发电机励磁系统建模与 参数辨识测试 刘永奇1，苏为民2，吴 涛2，李 丹1，雷为民1（1.华北电力调度局，北京市 宣武区 100051；2.华北电力科学研究院有限责任公司，北京市 西城区 100045）Modeling and Parameter Testing and Recognition for
2、Excitation Systems of High-Capacity Generators in North China Power Grid LIU Yong-qi1,SU Wei-min2,WU Tao2,LI Dan1,LEI Wei-min1（1North China Electric Power Dispatching Beura，Xuanwu District，Beijing 100051，China；2North China Electric Power Research Institute，Xicheng District，Beijing 100045，China)ABSTR
3、ACT:According to practical conditions and based on the detailed investigation of high-capacity generators installed in North China Power Grid,whose capacities are higher than 100MW,and their excitation systems as well as the manufacturers of them,it is determined that the high-capacity generating un
4、its,which are of typical characteristics of excitation system and directly connected into 500kV power grid,are chosen to conduct the parameter test and recognition of generator excitation system.By means of on-site testing,the fitting of initial value of excitation system,verification of electromagn
5、etic transient and system transient stability,the model parameters of generator excitation system that can satisfy actual requirement of production are finally obtained.From July,2004 on,the on-site testing based detailed model parameters of generator excitation system are applied in annual operatio
6、n modes,dynamic stability calculation of mid-and long-term.planning of North China Power Grid.KEY WORDS：excitation system；parameter recognition；simulation test；transient stability；mid-and long-term dynamic stability 摘要：调查了华北电网 100MW 及以上发电机及其励磁系统的类型和制造厂家，确定选择具有典型励磁系统特性的直接接入 500 kV 系统的大容量发电机组开展发电机励磁系统
7、参数测试辨识试验，经过现场测试、励磁系统参数初值拟合、电磁暂态校核以及系统暂态稳定校核，得到了满足生产实际需要的发电机励磁系统模型参数。自 2004 年 7 月华北电网开始采用现场测试得到的发电机励磁系统详细模型参数，进行年度方式、中期规划稳定计算，指导实际生产。关键词：励磁系统；参数辨识；仿真校验；暂态稳定；中长期动态稳定 0 引言 发电机励磁系统参数测试及建模技术是近年来发展起来的一项新技术，是电力系统“四大参数”测试技术的重要组成部分。文献1中规定，应通过建模研究和实测工作，建立适用于电力系统安全稳定计算的各种元件、控制装置及负荷的详细模型和参数。计算分析中应使用合理的模型和参数，以保证
8、仿真计算的准确度2-3。截至 2004 年 7 月底，京津唐电网共完成 45 台发电机组励磁系统参数测试，其中 31 台完成辨识，占京津唐电网 100MW 容量以上发电机组的 38%。测试工作从励磁系统类型、励磁调节器型号及制造厂、发电机容量、发电机制造厂 4 个方面涵盖京津唐电网内部容量 100MW 及以上发电机励磁系统。为了尽快将励磁系统参数测试辨识工作成果应用于华北电网生产实际，根据现场实测发电机励磁系统参数库，建立相似发电机励磁系统替换参数库，并进行相关仿真校验。发电机励磁系统参数替换原则如下：（1）在京津唐电网，根据励磁系统类型、励磁调节器型号及制造厂、发电机容量、发电机制造厂 4
9、个指标，相同发电厂内机组优先考虑，确定相似机组，采用已测励磁系统参数。（2）在山西、河北南部、内蒙西部以及山东电网，仅根据励磁系统类型、励磁调节器型号及制造厂2 个指标，确定相似机组，采用已测励磁系统参数。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 31 卷 第 5期 电 网 技 术 65（3）其它不相似机组暂时采用典型发电机励磁系统参数。形成华北电网内 127 台发电机励磁系统详细模型，占华北电网(暂不包括山东电网)100MW 容量以上发电机组的 70%，其中包括 31 台现场实测发电机励磁系统参数和 96 台相同励磁类型替换参数。研究成果用于华北电网 2005 年度运
10、行方式和 2006年中期发展规划计算，指导华北电网生产和规划。1 技术综述 1.1 励磁系统原始模型参数建立的条件 2001 年华北电力集团公司科技环保部确定开展华北电网“四大参数”测试工作，由华北电力科学研究院承担其中的发电机及其励磁调节系统模型参数测试工作。开展发电机励磁系统模型参数测试工作的技术难点有以下 3 个主要方面：（1）相关资料不全。发电机或励磁机出厂型式试验数据不完整，如发电机空载特性、励磁机空载或负载饱和曲线(尤其是在励磁机强励运行点附近的数据)；数字励磁调节器 AVR 的制造厂家未将控制原理框图提供给发电厂，或所提供的原理框图不正确，而且数字调节器不提供各个中间环节的测试信
11、号通道，导致数字调节器成为已知模型结构和主要数据不易测量的“灰匣子”。（2）现场试验限制。考虑试验机组和电网安全，现场试验受到诸多限制，如扰动一般不能大于5%，励磁调节器内部非线性环节如限幅和强励限制等无法通过现场试验直接得到，目前只能测试发电机励磁系统主控制环特性，不包括励磁系统低励和过励特性、励磁机转子电流限制。（3）计算分析工具限制。华北电网生产部门采用 BPA 暂态稳定分析程序，要求 IEEE 标准格式的励磁系统模型，而不同制造厂家生产的励磁调节器 AVR 设计原理各不相同，需要进行模型归并和参数换算成为 BPA 格式的励磁系统模型后，才能应用于生产实际。开展发电机励磁系统模型参数测试
12、工作需经历以下几个阶段：第一阶段(调研和技术准备阶段)：请中国电科院励磁专家作技术顾问，并购买 SME 仿真程序等发电机励磁系统分析工具以及现场测试录波仪器；去浙江中试所等单位调研；华北调度局举办励磁参数测试研讨班，请专家讲课。第二阶段(全网普查阶段)：在华北调度局的领导下，要求励磁调节器制造厂家提供 AVR 原理框图及参数，由各个电厂将本厂机组励磁系统类型及 相关参数上报，开展华北电网容量 100MW 以上发电机励磁系统普遍调查。在此基础上，确定华北电网典型励磁系统类型，并按励磁系统类型、励磁调节器 AVR 制造厂、发电机容量及制造厂，明确工作重点。第三阶段(技术探索阶段)：以直接接入 50
13、0kV电网的主力电厂沙岭子电厂 2 号、7 号机(均为300MW 机组)，盘山电厂 1 号(500MW)、3 号机(600MW)为突破口，现场测试、数据处理、参数辨识及建模、模型归并及校验，形成一套发电机励磁系统参数测试方法。第四阶段(总结提高阶段)：从发电机简单模型的励磁系统仿真程序 SME，到发电机及其励磁系统详细模型的 RTDS 仿真机，最终到 BPA 暂态稳定分析程序，采用多种分析方法研究发电机励磁系统模型，总结归纳了不同励磁系统类型的关键参数。第五阶段(技术成熟阶段)：形成了一套华北特色的发电机励磁系统测试及建模方法，包括现场试验方案和试验程序、现场测试内容、试验测试数据分析处理、建
14、立励磁系统模型并仿真校验。第六阶段(工程实用化阶段)：从京津唐电网入手，选择 31 台发电机组开展励磁系统参数测试工作，所测试发电机励磁系统类型可以涵盖京津唐电网内容量 100MW 以上发电机组。为满足生产需要，在此基础上，对华北电网(不包括山东电网)内 96 台尚未测试机组，根据励磁系统类型、调节器生产厂家，暂时采用实测发电机励磁系统参数，形成华北电网第一套基于现场实测的稳定分析计算数据。励磁系统的特性经过现场动态试验应确认符合相关标准。主要有：电压静差率应满足精度要求，阶跃响应试验中发电机电压上升速率、超调量、调整时间等应符合相关类型励磁系统要求。强励反时限特性、各限制器的限幅值、PSS
15、相位补偿和增益等应满足系统稳定的需要。具备完整的发电机、励磁机、励磁变和励磁调节器技术资料。1.2 励磁系统的标幺值 在 GBT7409.2-1997 同步电机励磁系统电力系统研究用模型中规定了相关的标幺值系统。各量值的标幺值等于实际值除以基值。发电机额定端电压值定义为发电机电压的基值 Utb；发电机定子电流额定值定义为发电机电流的基值 Itb；发电机功率的基值是发电机视在功率 Stb；发电机电压的额定PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 66 刘永奇等：华北电网大容量发电机励磁系统建模与参数辨识测试 Vol.31 No.5 频率为频率基值 fb，发电机额定转速为转速的
16、基值b；发电机空载气隙线上额定电压对应的转子电流定义为转子电流的基值 Ifb；选择 75C 下的转子绕组电阻值作为转子电阻基值 Rfb。在环境温度为 t0时测得的转子电阻 R0，需按下列公式求出要求温度下的电阻值。RR0(T+t)/(T+t0)，T235(铜导线)，t=75C。发电机转子电压基值 Ufb=RfbIfb。各种标准未对励磁机励磁电压和电流提出具体的标幺值基值规定，目前有 2 种定义方法：（1）定义发电机空载额定时的励磁机励磁电流 Ief0为励磁机励磁电流的基值 Iefb，励磁机励磁电压的基值 Uefb为 Uefb=RefbIefb，其中 Refb为 75C 励磁机转子绕组电阻。（2
17、）励磁机空载时其定子电压(即整流柜输出电压)为发电机转子电压基值时，励磁机励磁电流定义为励磁机励磁电流的基值 Iefb，励磁机励磁电压的基值 Uefb为 Uefb=RefbIefb，其中 Refb为 75C 励磁机转子绕组电阻。2 种方法的区别在于前者实际上是采用了励磁机负载特性，需要在计算 AVR 最终限制(VRmax、VRmin)时需扩大(1+KD+KC)倍，并将等效励磁机增益定义为(1+KD+KC)，而后者利用的是励磁机空载特性，因励磁机去磁和换相的因素在模型中单独考虑，故计算 AVR 限制时，不必进行修正，也不必补偿等效励磁机增益。无刷励磁系统无法测量励磁机空载和负载特性，只能使用制造
18、厂提供的励磁参数。当制造厂给出完整的参数时，才可以求出详细励磁机模型参数。1.3 励磁调节器的模型参数 参数辨识或数字仿真的目的是确认数学模型的参数是否符合实际情况、是否满足稳定分析的需要。限于设备条件，本文采用时域辨识方法进行数字仿真，以确认参数的准确性和合理性。（1）AVR 的电压测量环节。对于电压测量环节，由于时间常数小，一般等效成一阶惯性环节。采用输入电压阶跃的方法，测量电压测量环节的输出，当其达到到 0.632 倍的稳态值时，所需时间即为该环节的时间常数。对于数字式调节器，该环节的时间常数一般小于30 ms，但应注意该环节的时间常数应包括全部可能的滤波环节。（2）AVR 的 PID
19、参数。数字式调节器的传递函数模型一般是已知的，PID 环节大体上可分为串联校正型和并联校正型。对其辨识的方法有频域法和时域法，理论上两者的结果是一致的，但频域法在励磁系统频率特性的低频和高频段不易测准，本文采用时域法，利用数字仿真技术直接将仿真波形与现场发电机空载和负载时励磁系统试验波形进行比较，通过调整仿真模型中的参数，使两者在形态和数值上一致，且误差满足精度要求。（3）AVR 调节器的限幅值。制造厂应提供 AVR 调节器各环节限幅值，如电压偏差值限幅、各运算放大器限幅、积分限幅、最大最小可控硅控制角限制等。对于模拟式励磁调节器，可在静态调试中通过改变输入电压信号和给定值使得各个环节输出达到
20、其限幅值，然后测量该值。对于数字式 AVR 应注意将所有的限制值折算至以相应的标幺值表示。AVR 的最终限幅值(VRmax、VRmin)可以通过计算获得，但条件允许时应在发电机带负荷的强励试验中校核。1.4 三相可控硅整流器 三相全波可控整流输出的空载直流电压即发电机励磁电压 Uf与 整流桥交流侧电压 Uac、控制角的关系为 Uf1.35Uaccos。调节器输出限幅值VRmax和VRmin由 控 制 角 限 制 值 决 定，VRmin=1.35Uaccosmax，VRmax=1.35Uaccosmin；一般min取 1530，max大于 130。1.5 自并励励磁系统 自并励系统的功率部分较简
21、单，一般由比例环节及一很小的延时组成，该时延可并入 AVR 的延时 Ta内。整流输出电压 VFD=VT2cos。模拟式调节器大都采用余弦移相回路，其同步电压取自励磁变二次电压 VT2，产生脉冲时的控制电压 VK=KVT2 cos，以 cos=VK/KVT2 代入上式得 VFD=VK/K。即VFD与控制电压VK成线性关系，且与机端电压无关。1.6 励磁机励磁系统 1.6.1 励磁机和整流器模型 励磁机和整流器模型分为简化模型和详细模型 2 种，见图 1 和图 2。励磁机简化模型忽略励磁机饱和特性和整流器的调节特性，与发电机工况无关，一般在小扰动分析时使用，如 SME 仿真程序中使用这种模型。励磁
22、机详细模型与发电机工况有关，可以较为准确地模拟励磁机特性。一般而言，模拟大扰动时需要励磁机详细模型，如 RTDS 仿真PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 31 卷 第 5期 电 网 技 术 67 机中就使用这种模型。1EESKT+KD EFD VE VR KC If+图 1 励磁机和整流器简化模型 Fig.1 Simplification model of excitor and rectifier EFD VE 1STEVR FEX FEX=F(IN)IN C EDNEK IIV=IFD KD SE+KE+VFE+图 2 励磁机和整流器详细模型 Fig.2 De
23、tail model of excitor and rectifier 1.6.2 励磁机饱和系数 Se Semax、Se0.75max分别为发电机强励电压、75发电机强励电压下的励磁机饱和系数。IEEE 和 IEC规定：采用详细励磁机模型时按励磁机空载饱和曲线和空载气隙线确定，KD和 KC单独考虑和计算，当励磁机换相电抗系数 KC0 时，用 Se=(CB)/B 计算饱和系数，见图 3。B 励磁机输出电压 气隙线 励磁机励磁电流 空载饱和线 C B C 图 3 励磁机饱和特性 Fig.3 Saturation characteristic of exciter B 和 C分别表示发电机强励时由
24、气隙线和空载饱和线到纵轴的距离。B和 C分别表示发电机强励电压达 0.75 倍时，由气隙线和空载饱和线到纵轴的距离，该距离由发电机强励时励磁机励磁电流的标幺值表示。另外图中励磁机输出电压指发电机转子侧的直流电压。1.6.3 整流器换相电抗系数 KC 223(+)2bfdCfdnXXU IKUS=KC反映了整流器换相对发电机转子电压降低的影响程度。其中：Zb和 Rfb分别为励磁机基准电抗和折算至发电机直流侧在空载状态下的基准电阻；Xd和 X2为励磁机次暂态电抗和负序电抗标幺值；U 为励磁机电枢额定电压；Sn为励磁机额定容量；Ifb和 Ufb分别为发电机转子电流和电压的基值。在使用简化励磁机模型时
25、，仅用常数 KC来表示整流器的去磁效应即可。1.6.4 励磁系统整流器调节特性 如前所述，当励磁机和整流器采用简单模型时，用常数 KC来表示整流器调节特性，但在使用详细模型时，就必须计及整流器负荷电流增大而非线性地减小整流器平均输出电压的特性；这种情况下整流器调节特性一般分为 3 段，分别表示整流器不同的换相工况，就目前使用的情况分析，整流器工作在第一区段，称为 2-3 工作方式，它表明整流器换相时，同时导通 2 个或 3 个元件，换相角小于60。BPA 程序中定义了表示这种特性的函数关系FEX、同时也规定了规格化电流 In，它们的关系为：In=KCIf/VE。整流器工作在第一区段时有：In0
26、.51,FEX=10.58In。其中：VE为考虑换相压降前励磁机定子电压；If为发电机转子电流。(国标和其它文献中规定的区段值有所不同：In0.433且 VE 采用线电压时 In的表达式多了1.732 倍，但若采用标幺值计算对结果没有影响，一般情况下规格化电流 In的值达不到0.433 pu)。整流器换相压降系数 KC在 BPA 参数中的填写方法，对于自并激和它励两机励磁系统，KC按实际理论计算值填写；对于常规三机和无刷高起始励磁系统，需要将 KC乘以 1.732 倍。1.6.5 去磁系数 KD 去磁系数 KD反映了励磁机的负载电流即发电机转子电流对励磁机的去磁作用(也称电枢反应)。设发电机空
27、载额定时励磁机的励磁电流为 Ief0,发电机转子电压即整流器输出电压为 Uf0,在励磁电流为 Ief0时，断开励磁机负荷即发电机灭磁开关，可获得励磁机输出的空载电压 Ufe0，这样去磁系数计算公式为 KD=(Ufe0 Uf0)/Uf0KC 上述公式中因励磁机的输出电压为现场实测值，而励磁机的负载特性曲线已包括了整流器的换相压降，故计算电枢反应时应扣除，即减去 KC。图 4 为上述公式及说明的示意图，较低的曲线PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 68 刘永奇等：华北电网大容量发电机励磁系统建模与参数辨识测试 Vol.31 No.5 是励磁机带发电机的负荷特性曲线，而发电
28、机处于空载工况；当发电机灭磁开关断开、且励磁机磁场电流保持不变时，励磁机就在较高的特性曲线上运行，2 条特性曲线的差表明励磁机的去磁效应。励磁机空载特性 励磁机带发电机特性 Ufe0 Uf0 Ief0 ILf Uf 图 4 计算电枢反映示意图 Fig.4 Sketch map of armature for calculating 当现场测试条件不满足要求或无法测试时(如无刷励磁系统)，可按下列方法计算=1.35 3fdiedDabedfbIKUKXIU=1.3531.732fbebbiababebfbbIUZKXXIUR=式中：Ifb为发电机转子基准电流；Ufb为发电机转子基准电压；Rb为发
29、电机转子值阻。Ied为励磁机交流侧电流基值；Ued为励磁机交流侧电压基值；Zb为励磁机交流侧阻抗基准值；Ki为正弦交流基波系数，Ki为 0.74。2b23(+)=1.7322fbbDDCabbfbnXXU IZKK KXRU S=1.732/abbbCXZRK 其中：Xad是励磁机的互感电抗，在制造厂的说明书中可以找到，它与励磁机同步电抗的关系为：Xd=Xad+Xs；而 Xs为励磁机漏抗，一般情况下Xad0.9Xd。国外有资料表明去磁系数 KD是随发电机负荷变化的，但目前 IEEE 标准模型仅将 KD处理为一个常数。1.6.6 励磁机时间常数 Te 在励磁机详细模型中 Te可按现场励磁机空载阶
30、跃响应下，励磁机定子电压达到终值的 0.632 倍时的值选择，制造厂提供的 Te，即励磁机的 Td0比实测值大，原因是未考虑励磁机励磁绕组外部连接电缆支路的影响，另外有些励磁调节器制造厂还在其出口回路设计了串接电阻，这些都使实测值比设计值小。在简化模型中，发电机空载时取 Te=0.7s，可获得较好的仿真效果，而发电机负载时，理论分析和现场实测结果表明，随发电机负荷的增大，该励磁机时间常数是减小的。1.6.7 自励系数 KE 当励磁机采用它励时，如三机常规励磁系统和无刷高起始励磁系统，KE=1。1.6.8 励磁机的限幅值 在 BPA 程序中，励磁机的限幅上限用 EFDmax表示，一般取发电机额定
31、转子电压的 2 倍，若发电机额定转子电压是空载电压标幺值的 3 倍，则EFDmax=6，这实际上是对强励顶值进行了限制；实际系统中当发电机满载运行时，转子电压达不到额定值，这是由于转子绕组的温度未达到设计值上限，故上述方法计算的强励顶值限制比实际系统略高；保守的计算可采用发电机满载运行工况下实测的转子电压值作为强励顶值的基值，或采用额定工况下转子电流与温度 75C 时转子直阻的乘积来代替强励顶值的基值。常规励磁系统和无刷励磁系统由于整流器不能逆变，故励磁机限幅的下限为零。1.6.9 励磁机的增益 Ke 在简化模型图 1 中励磁机的增益 Ke=1。由前述标幺值的定义可知，当发电机为空载时，励磁电
32、压为 1 pu，然而励磁机模型的输入端，即励磁调节器的空载输出电压比该值大的多，原因是由于整流器的换相压降和励磁机去磁效应等降低了励磁机的输出，故在仿真模型中应调整 AVR 的输出值，使其加上 KD和 KC的值，才能最终使励磁机的输出即发电机转子电压为 1 pu。当使用励磁机详细模型时，其增益应扩大为 Ke(KE+KD+KC)倍，AVR 的输出端需乘以 Ke，在 RTDS 仿真机中该运算是自动完成的。1.7 发电机模型 从系统辨识的角度讲，同步发电机作为一个被辨识的系统，其基于广泛采用的 5 绕组 Park 方程的运行理论是严谨的，即其数学模型是清楚的，模型中的参数根据电工理论是可计算和可测量
33、的。BPA中6绕组模型(考虑实心转子形成的等效q轴绕组)参数按标准中规定试验方法确定，基本可以满足大部分电网暂态仿真计算的需要。对于厂家已提供详细参数的发电机，应采用制造厂提供的数据。但是国内制造厂提供的数据一般同型号机组仅提供一组参数，并不能准确反映同型号不同机组间的差异；美国、日本等国已在现场甩负荷试验中应用抛载法，在特定转子位置下，用定子端电压的衰减曲线或励磁绕组电流的变化曲线来求取发电机的全套参数。由于条件所限，本文直接采用制造厂PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 31 卷 第 5期 电 网 技 术 69 提供的数据，但使用现场实测的发电机空载饱和特性曲线
34、(如图 5 所示)。Ug 1.2 1.0Ia 1.2 Ib Ic Ia If 图 5 计算发电机饱和系数示意图 Fig.5 Sketch map of generator saturation cofficient for calculating 由于考虑了饱和影响，参数表中发电机的各种电抗值均为不饱和值。1.8 发电机励磁系统负荷校验模型 图 6 为单机无限大系统小信号模型是经典模型，可在 SME 仿真程序中使用，其中 K1K6是描述此模型的常微分方程组的系数，K1K6的值与发电机运行工况及与电网联系的紧密程度有关。K1反映了发电机运行时的有功和无功情况，K2与发电机定子电流有关，K3是发电
35、机和系统联络电抗暂态值与稳态值的比值关系，它反映了发电机不同工况对励磁绕组时间常数影响的程度。K3/(1+K3Td0)表示发电机模型，负载时发电机时间常数为 T=K3Td0=K3KGTd0(KG为发电机增益)。K4和 K5都与系统电压有关，K6反映了机端电压。励磁调节器 AVR 模型的输入端是 K5和 K6的相加点，输出端是到励磁机模型 Ke/(1+Tes)。具体计算时，转动惯量 M=Tj 取实测值，但发电机的机械阻尼系数 D 是一个不确定参数，需根据实际情况进行调整和试算，一般 D=25可满足要求。K4+1SeeKT+K2 K6 D 33 d01KK T S+0SW 1MS K5 K1 Ut
36、 Efd Eq PM W +图 6 单机无限大系统小信号模型 Fig.6 Small sigal model of simple generator to infinity system 上述模型可用来对发电机励磁系统进行并网后的阶跃扰动响应仿真，还可校验机组有功功率振荡时的阻尼情况，仿真计算的依据是现场实测数据及录波图。当 AVR 中 PSS 投入运行后，一般 PSS输入端为 PM后的信号相加点(即发电机加速功率)，输出端是 AVR 的电压相加点。BPA 中的标准PSS 模型如图 7 所示。Vsmin 1QSTQSKS+1TQTQSS+Q1Q11s 1sTT+Q2Q21s1sTT+Q3Q31
37、s1sTT+PSS OUT Vsmax P 图 7 BPA 中的标准 PSS 模型(SP 型)Fig.7 PSS model of BPA 其中第一个框图是考虑 PSS 增益的惯性环节，第二个是隔直环节，本模型中 PSS 采用三级超前超前-滞后串联校正。在 RTDS 仿真机中，单机无限大系统模型采用的是详细模型，与 SME 中经过线性化处理的模型不同。2 项目成果 经过艰苦努力，华北电网发电机励磁系统、汽轮机及其调速系统建模及参数测试研究达到以下主要技术指标3-4：（1）华北电网根据理论推导结合现场实测对励磁系统各个环节建模，针对励磁系统整体特性，采用时域仿真校验为主，频域测量和计算为辅，同时
38、强调在现场试验中尽量优化励磁调节器各环节参数来进行励磁系统参数辨识。这对于电网参数动态建库、数据管理，提高电网可靠性及稳定性具有积极的意义。特别是参数测试过程中优化调节器参数的工作方法符合当前励磁系统管理方面发展趋势的要求，是一种良好的、值得提倡和推广的方法。（2）在建模和参数辨识过程中，不仅严格仿真发电机空载 5%阶跃试验时定子电压的响应曲线，还对比发电机、励磁机转子电压等的响应特性，用各种仿真手段，直接将仿真曲线与现场实测录波图进行比对不仅使仿真效果比较直观，增加了真实性，还有利于深入研究一些学术问题。（3）以现场故障录波器自动记录的波形曲线为依据，对自动励磁调节器限幅环节进行仿真校验，提
39、出的工程化处理方法比较接近实际。（4）将 RTDS 实时数字仿真技术运用于发电机励磁系统参数辨识，采用实际 AVR 模型或 IEEE标准模型，不仅可以模拟在发电机空载和负载状态下的电压给定阶跃响应、检测 PSS 投入前后系统的阻尼特性、定量地分析 PID 参数变化的敏感度，还可模拟发电机的各种短路故障。另一方面，可以并利用其闭环测试能力，研究实际系统中励磁调节器的行为，这项技术的应用在国内尚属首创。特别是励磁调节器检测手段的研究为电力系统未来的入PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 70 刘永奇等：华北电网大容量发电机励磁系统建模与参数辨识测试 Vol.31 No.5
40、网检测和设备性能评价打下良好基础，是电网的安全稳定运行有力的分析工具和技术支持手段。（5）在励磁系统建模过程中，自主开发了查询数据库，具有发电机、励磁机特性和饱和系数计算软件以及录波图特征分析计算软件，可缩减数据处理的工作量，提高分析精度；存储内容丰富，不仅包括励磁系统模型参数，还包括现场试验录波曲线，为进一步研究奠定基础。（6）将辨识得到的BPA 格式的发电机励磁系统模型应用于实际电网暂态稳定分析之中，采用比较系统极限切除时间的方法，定量评价系统暂态稳定水平，对指导电网建设和经济运行有较高的实用价值。（7）用完善的仿真手段直接指导现场励磁系统调试和参数优化工作，如已经多次利用仿真手段模拟发电
41、机励磁系统行为和特性，提前计算 PID 和PSS 参数等，可缩短现场试验时间，提高机组运行的可靠性水平。3 应用前景和效益 3.1 应用前景 3.1.1 完善入网检测技术手段 根据目前在华北电网运行的很多发电机组的励磁系统特性未达到国标要求的现状，有必要开展华北电网励磁调节器入网检测工作，达到 2 个目标：一为保证华北电网发电机励磁系统特性达到国标要求；二为确认励磁系统模型参数，满足电网稳定计算的需要。为下一步明确软件版本管理，指导华北电网励磁系统招标、选型工作奠定基础，保证华北电网安全、稳定运行。自 2006 年 4 月 10 日开始，对国内 7 种励磁调节器类型进行入网检测。3.1.2 加
42、强技术管理（1）在励磁系统招标选型阶段，技术监督部门应介入，一方面通过励磁系统性能检测实验，选择、推荐满足电网运行、管理要求的励磁系统；另一方面，规范励磁系统技术资料收集及管理。（2）通过开展励磁系统参数实测，一方面，优化励磁系统模型参数，如开环放大倍数、强励顶值倍数、励磁响应速度等技术指标，使励磁系统动态特性满足有关国标要求；另一方面，建立满足电网稳定计算需要的BPA格式的模型及参数。（3）运行励磁系统特性及参数管理，如各发电厂机组自动励磁调节器投入自动位置，调度要求投入的PSS装置应可靠投入运行等。运行中如定值或设定参数发生变化，须经有关调度部门核准。（4）励磁系统运行状态监视及分析。对系
43、统造成影响的励磁系统事故或励磁系统出现异常情况，要及时汇报有关调度部门。3.1.3 建立发电机励磁系统实时动态监测系统 使用目前在华北电网建立的广域电网动态安全监测系统(WAMS)框架实时收集、监测发电机励磁系统的相关运行数据，并可在 WAMS 主站实时得到华北电网各并网电厂发电机励磁系统的各种状态，成为机网协调下对并网电厂进行励磁系统管理的重要手段。系统基本功能包括：（1）实时采集发电机励磁系统的运行数据。（2）在发电机励磁系统发生故障或电网发生振荡时，提醒值班人员调用并存储录波数据。（3）通过 WAMS 数据传输通道向主站传送励磁系统运行数据。（4）WAMS 系统主站可实时显示或查询励磁系
44、统运行数据。（5）具备 GPS 对时功能，数据满足 PMU 标准数据格式。WAMS 主站在原有功能的基础上增加实时显示发电机励磁系统运行状态、人工调用发电机励磁系统历史运行状态及录波并显示的功能。3.2 经济效益 3.2.1 华北电网 2005 年度运行方式计算分析 2004 年上半年京津唐电网基本完成 100 MW以上典型机组参数的测试建模工作(含大二电厂、丰镇电厂)，并于 2004 年 6 月底前整理出一套供电网计算分析用的机组实测模型参数，经中国电科院有关专家校核分析确定后，用于电网计算分析和研究。其中华北电网其它未实测的机组参数暂按同类型实测参数借用。从而建立了一套较为接近实际的华北电
45、网计算参数，用于华北电网 2005 年度方式计算分析，以满足电网稳定计算分析和生产的需要。3.2.2 华北电网 PSS 投运 根据大区联网后系统分析计算：华北与华中联网及山东电网交流联入华北电网后，全联系统(东北、华北、华中、川渝和山东)存在区域间负(弱)阻尼的低频振荡模式(0.15 Hz 左右)，特别当系统发生严重故障后，存在后续振荡失步的动态稳定问题。为保证东北、华北、华中联网系统的安全稳定运行，改善系统的阻尼特性，需在华北电网内增加机组 PSS 装置的配置，这些电力系统稳定器不仅能PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第 31 卷 第 5期 电 网 技 术 71
46、抑制本机振荡模式，还应能有效地抑制区域型低频振荡模式，即 PSS 对于在 0.102.5 Hz 之内的振荡都有抑制作用。经验表明 PSS 投运励磁系统实测模型及参数是基础，根据国调华中和山东联网工程进度及国网公司的要求，华北电力调度局、华北电科院等单位根据励磁系统实测模型及参数，指导华北电网 PSS投运，组织并完成京津唐电网大港 3、4 号、沙岭子 58 号、盘山 14 号；内蒙电网达旗 14 号机组PSS 投运。试验过程中遇到了许多技术难关，通过开展大量试验分析工作，解决了影响 PSS 投运的各种问题，上述机组在 2004 年 6 月底已按照大区联网要求的参数整定并投入运行。下一步计划在 2
47、005至 2006 年要完成其余所有机组的参数测试并建立完整准确的模型参数数据，用于电网安全稳定计算分析；同时，根据已测试参数进一步分析优化以加强发电机励磁和调速系统的运行和管理，为电网的安全稳定运行做出贡献。采用实测的发电机及其励磁模型参数，使仿真计算结果与电网真实的暂态及动态稳定特性更为接近，为电网安全稳定分析及控制进一步夯实基础。2005 年通过采用实测的发电机励磁模型参数提高计算精度，使西电东送通道共提高输送能力 1240 MW。4 结论（1）为了适应电网的发展，解决电网安全、稳定运行所面临的问题，要求完善推广发电机励磁系统测试及建模技术。（2）将实测得到的发电机励磁系统模型参数用于电
48、网运行方式选择、比较分析以及电网规划，可以为加强机网协调，提高电网输送能力提供技术支撑。（3）实测励磁系统模型及参数用于指导华北电网PSS投运，对于提高联网后系统动态稳定水平，进而推进全国联网具有积极意义。（4）在现场实测工作基础上，开展实验室励磁调节器检测工作，加强技术管理，巩固发电机励磁系统参数及模型测试成果。参考文献 1 国家电网公司电力系统安全稳定计算规定Z2006 2 竺士章，陆春良，陈新琪，等浙江电网发电机励磁系统参数辨识Z浙江电力试验研究所，2003 3 沈善德，朱守真大型发电机组励磁系统动态建模及其在系统稳定计算中的应用Z华东电管局，1991 4 刘永奇，张智刚，李丹，等华北电
49、网开展发电机励磁系统参数辨识工作综述Z华北电力调度局，2003 5 徐刚江苏省发电机励磁系统现状分析J江苏电机工程，2003，22(6)：29-32 Xu gang The present operation situation analysis of generator Jiangsu electrical engineering excitation system in Jiangsu province J Jiangsu Electrical Engineering，2003，22(6)：29-32(in Chinese)收稿日期：2006-12-24。作者简介：刘永奇(1965)，男，
50、总工，从事电力系统安全稳定运行研究；雷为民(1964)，男，硕士，高级工程师，从事电力系统安全稳定运行研究。（实习编辑 王晔）国家电网公司 2007 年跨区电网工作会议召开 2007 年 2 月 28 日，国家电网公司 2007 年跨区电网工作会议在京召开，舒印彪副总经理出席会议并作重要讲话。舒总对 2006 年跨区电网工作给予了高度评价和肯定，明确提出了 2007 年跨区电网工作的主要目标。杜至刚总经济师对会议进行了总结。会上，建设运行部总结了跨区电网 2006 年建设、运行、经营情况，并对 2007 年工作进行了重点安排。国网交流、直流、运行公司，西北、华东网公司，湖北、河南省公司以及中南